發(fā)布時(shí)間：2020-07-21 22:18

【摘要】：中國是地震多發(fā)國家,在建筑行業(yè)中對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能要求極高。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式之一,作為框架結(jié)構(gòu)中重要組成部分,梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能研究成為學(xué)者們研究熱點(diǎn)及重點(diǎn)。形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)具有優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、耐腐蝕、高阻尼、高電阻等特性。其中SMA的超彈性效應(yīng)具有突出的滯回耗能及自恢復(fù)特性,可以使結(jié)構(gòu)滯回耗能并且在荷載卸載時(shí)不產(chǎn)生殘余變形或者較小的變形。這種具有自恢復(fù)及消能特性在結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用遠(yuǎn)景。以多層、高層框架結(jié)構(gòu)為背景,在框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)中配置縱向超彈性SMA筋并進(jìn)行自恢復(fù)性能研究。采用理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,旨在提出一種超彈性SMA混凝土梁柱節(jié)點(diǎn),并建立一種以自恢復(fù)性能為主的抗震分析方法。主要研究內(nèi)容包括:(1)建立SMA-Steel-Concrete三種材料本構(gòu)關(guān)系,并完成程序編寫。在Boyd和Lagoudas模型的基礎(chǔ)上,建立SMA本構(gòu)關(guān)系模型;將鋼筋材料和混凝土材料的兩種本構(gòu)關(guān)系模型寫入程序中;三種材料對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計(jì)算簡明,結(jié)果準(zhǔn)確。(2)通過擬靜力試驗(yàn)方法研究鐵基合金梁柱節(jié)點(diǎn)自恢復(fù)性能。設(shè)計(jì)并制作了四組鋼筋混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)試件,其中一個(gè)是普通鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn),另外三個(gè)為鐵基合金作為梁縱筋的梁柱中節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)部分詳細(xì)介紹了梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)概況、加載制度、試驗(yàn)過程、觀察到各個(gè)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)試件的破壞現(xiàn)象,分析并總結(jié)了 SMA配筋率和節(jié)點(diǎn)配箍率對(duì)試件的極限承載力、平衡點(diǎn)殘余變形比以及平衡點(diǎn)自恢復(fù)力比和強(qiáng)度退化等抗震性能的影響規(guī)律。(3)利用ABAQUS軟件進(jìn)行了鐵基合金梁柱節(jié)點(diǎn)有限元分析。將超彈性SMA埋入混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)中,并以同尺寸、同配筋率的普通混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)為參照物,通過在柱頂施加恒定豎向壓力、在梁端采用擬靜力加載,進(jìn)行節(jié)點(diǎn)有限元數(shù)值計(jì)算,分析試件的力與位移曲線的耗能特點(diǎn)、極限承載能力、自恢復(fù)殘余變形比及平衡點(diǎn)恢復(fù)力比等抗震性能。(4)利用ABAQUS軟件進(jìn)行鎳鈦(Ni-Ti)合金梁柱節(jié)點(diǎn)自修復(fù)性能的數(shù)值分析。為了研究不同SMA材料對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響,分析了不同預(yù)應(yīng)變和配筋率對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)力與位移曲線、骨架曲線的影響,在此基礎(chǔ)上分析平衡點(diǎn)殘余變形比和自恢復(fù)力比的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果和有限元分析結(jié)果均表明:超彈性SMA梁柱節(jié)點(diǎn)相比普通梁柱節(jié)點(diǎn)具有更好的自恢復(fù)性能,而且隨著SMA配筋率的增大梁柱節(jié)點(diǎn)殘余變形減小、平衡點(diǎn)處的自恢復(fù)力比明顯減小及自恢復(fù)性能顯著提高。
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU398.9;TU352.11
【圖文】：

界條件作用下（加熱或通電激勵(lì)）使材料的溫度高于奧氏體相變溫度，材料便可以自身恢逡逑復(fù)部分變形或者全部恢復(fù)１３１Ｌ這種恢復(fù)變形能力可以高達(dá)８％左右。ＳＭＡ的形狀記憶效應(yīng)逡逑如圖２．１所示。逡逑ａ逡逑Ｔ＜Ｍｊ逡逑孿氏馬氏體邐NB逡逑0？邐Ｌ邐ｉ邐＞邋Ｅ逡逑加熱恢復(fù)初始變形邐卸載后殘余變形逡逑圖２．１邋ＳＭＡ的形狀記憶效應(yīng)逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｈａｐｅ邋ｍｅｍｏｒｙ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｓｈａｐｅ邋ｍｅｍｏｒｙ邋ａｌｌｏｙ逡逑

定的馬氏體相變，從而發(fā)生顯著的塑性變形。在產(chǎn)生這種大變形以后，此時(shí)卸掉外力作用，逡逑一般金屬材料便產(chǎn)生了不可逆變形，而ＳＭＡ則發(fā)生相變轉(zhuǎn)化，從而恢復(fù)大部分變形或者逡逑全部。由圖２．２可以看到ＳＭＡ超彈性效應(yīng)具有特殊的滯回特性，這一特性可以使結(jié)構(gòu)在不逡逑產(chǎn)生較大的殘余變形情況下消耗大量的能量。利用ＳＭＡ的超彈性可以用來設(shè)計(jì)阻尼器消逡逑耗結(jié)構(gòu)在震動(dòng)中產(chǎn)生的能量，而提高其抗震能力［３２］．當(dāng)然這一特性還處在研宄應(yīng)用階段，逡逑因?yàn)檫@一特性承受很多因素的影響，因此在應(yīng)用之前都需要對(duì)材料進(jìn)行處理。逡逑Ｏ邋Ｍ逡逑馬氏體正相變逡逑Ｚ邐＾邐＿載后無逡逑／邐ｙ邋／殘余變形逡逑NB馬氏體逆相變逡逑０邋邐＞￡逡逑圖２．２邋ＳＭＡ超彈性應(yīng)力應(yīng)變曲線逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋ＳＭＡ邋ｓｕｐｅｒ－ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｃｕｒｖｅ逡逑ＳＭＡ除了以上兩種特性之外，還具有高阻尼特性、較好的延展性、耐腐蝕性、抗疲勞逡逑性能等良好的特點(diǎn)。ＳＭＡ相比大多數(shù)金屬材料而言，它的彈性模量并不會(huì)隨著溫度的升高逡逑而有太大的變化｜３３］，因此即便在嚴(yán)酷的天氣或者遭遇高溫環(huán)境下ＳＭＡ也可以較好的保持逡逑穩(wěn)定性。即便ＳＭＡ展示了很多普通金屬材料不具備的優(yōu)點(diǎn)，但也有很多的缺點(diǎn)，限制其逡逑在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用。比如，ＳＭＡ的形狀記憶效應(yīng)需要外界條件的激發(fā)才能發(fā)揮其作逡逑用

３．４．１試件設(shè)計(jì)逡逑試件選取的原則是能較真實(shí)地反映實(shí)際工程中梁柱節(jié)點(diǎn)的受力情況，本文選取了多層、逡逑高層框架結(jié)構(gòu)中反彎點(diǎn)之間的梁柱節(jié)點(diǎn)作為試驗(yàn)試件。圖３．１（ａ）所示為框架結(jié)構(gòu)變形曲線逡逑及試件選取位置，圖３．１（ｂ）為梁柱中節(jié)點(diǎn)邊界受力情況。逡逑馨■屮逡逑＼邐＼邐＼邐＼—邐ｖ＿４逡逑！ｍ邋ｉｍ邐�。礤澹椋磉姡藻义希五义希ǎ幔┛蚣芙Y(jié)構(gòu)變形曲線邐（ｂ）中柱節(jié)點(diǎn)邊界受力逡逑圖３．１試件的選取逡逑Ｆｉｇ邋３．１邋Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ逡逑關(guān)于試件設(shè)計(jì)，由于試驗(yàn)材料ＳＭＡ價(jià)格昂貴和試驗(yàn)條件的限制，本文按普通框架結(jié)逡逑構(gòu)的梁柱中節(jié)點(diǎn)按比例１：２進(jìn)行縮尺。設(shè)計(jì)兩種類型的梁柱節(jié)點(diǎn)，一種為普通混凝土梁柱逡逑中節(jié)點(diǎn)試件，另一種為埋有鐵基合金的ＳＭＡ梁柱中節(jié)點(diǎn)試件�？偣苍O(shè)計(jì)了邋４組試件，４逡逑個(gè)試件編號(hào)分別是ＸＪＤ－１、ＳＪＤ－１、ＳＪＤ－２和ＳＪＤ－３，設(shè)計(jì)試件的軸壓比均為０．３．其中，ＸＪＤ－１逡逑中梁位置的幾何尺寸為７７０ｍｍＸ１２０ｍｍＸ２４０ｍｍ邋（長Ｘ寬Ｘ高），梁縱筋采用對(duì)稱配筋，逡逑其頂部和底部均配置受力縱筋４根ＨＲＢ４００①１０

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2764893